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Messtechnik Bild 4: High-Resolution Spectrogram Full. Bandbreite (Fspan) 16 MHz, Frequenzauflösung (RBW) ca. 150 kHz, Zeitauflösung (Time Resolution) 1,6 µs. Für die Darstellung (und nur für die Darstellung!) hat das Gerät die Daten auf die Auflösung des Displays komprimiert. Bild 7: Veranschaulichung der Auflösung im High-Resolution Spectrogram. Links sind alle 7805 Zeilen des Spektrogramms grafisch aneinandergefügt. Rechts ist ein Ausschnitt vergrößert, der zwei bis drei Bildschirminhalten beim Scrollen durch das High-Resolution Spectrogram Zoom entspricht. Bild 5: High-Resolution Spectrogram Zoom. Basis ist derselbe Datensatz wie bei High-Resolution Spectrogram Full. Bild 6: High-Resolution Spectrogram Zoom mit gemischter Darstellung. Mit dem Marker kann man durch das Spektrogramm scrollen und die zugehörigen Spektren aufrufen, um z. B. den exakten Pegel des Störers zu einem bestimmten Zeitpunkt auszumessen. Luft“: Broadcast Control Channels, erkennbar an ihrem konstanten Pegel. Zwischen beiden Diensten liegt ein ungenutzter Frequenzbereich. In diesen ungenutzten Bereich des „Live“- Spektrums wird jetzt ein künstliches, per Generator erzeugtes Signal gelegt. Dessen Modulation entspricht einem TCH, einem GSM Traffic Channel, in dem ein Zeitschlitz konstant belegt ist: Da es im ungenutzten Teil des Spektrums liegt, ist es einfach zu finden (Pfeil). Ändert man jetzt die Frequenz des Generators, so dass sich das künstliche Signal unter das LTE- Signal schiebt, ist es fast nicht mehr zu erkennen. Ein übliches Spektrogramm mit einer zeitlichen Auflösung im Bereich von 20 ms ist in diesem Fall also nicht hilfreich. Das High-Resolution Spektrogramm: Tieferer Einblick Hier kommt die Betriebsart IQ- Analyzer-Mode mit ihrer Darstellungsart HiRes Spectrogram zum Einsatz. Sie bietet eine zeitliche Auflösung von bis zu 1 µs. Im vorliegenden Beispiel hat der IDA 2 einen Realtime IQ Stream von 12,5 ms Länge aufgezeichnet und daraus Spektren mit einem zeitlichen Abstand von 1,6 µs berechnet. Das heißt, er hat 7805 Spektren im Speicher. In der Darstellungsart HiRes Spectrogram Full komprimiert das Gerät diese 7805 Spektren so, dass es das gesamte Signal von 12,5 ms Länge anzeigen kann. Bereits hier kann man das GSM-Signal unter dem LTE- Signal erkennen. 22 hf-praxis 8/2015
Messtechnik Bild 8: Spektrum des UKW-Rundfunk-Bands. Mit dem Marker lässt sich der Kanal auswählen, den man abhören möchte – so wie man ein konventionelles Radio auf einen Sender abstimmt. Interessanter ist der offensichtliche Störer knapp unter 100 MHz, erkennbar an der Bandbreite, die größer ist als die eines üblichen FM-Rundfunksignals. Dank verschiedener Demodulationsarten– nicht nur für FM, sondern auch AM, Einseitenband u.a. – kann der Experte gewisse Eigenschaften bereits am Geräusch erkennen. Das High-Resolution Spectrogram Zoom: Die ganze Wahrheit Wenn man die Darstellung auf HiRes Spectrogam Zoom ändert, repräsentiert jede Zeile des Displays genau eines der 7805 Spektren. Da sich nur ein kleiner Teil der 7805 Spektren darstellen lässt, muss man jetzt „durch die Zeit“ scrollen (Bild 5). Um einen Eindruck von der Informationsmenge zu erhalten, wurden in Bild 7 alle 7805 Zeilen grafisch aneinandergefügt. Da die Daten aller Spektren vorhanden sind, lässt sich jedes Spektrum konventionell auch als Amplitude über der Frequenz darstellen, indem man mit dem Marker die entsprechende Zeile des Spektrogramms anfährt. Bei dieser Auflösung kann man das künstliche Signal klar sehen. Sein Anfang und sein Ende liegen nicht im Zeitraster des LTE-Signals, was das Signal als Störer klassifiziert. Misst man die Länge mit Hilfe von Markern aus, erkennt man die typische Pulslänge eines GSM- Zeitschlitzes, was im realen Fall auf eine Interferenz mit GSM deutet. Der zeitliche Versatz gegenüber den beiden BCCHs zeigt außerdem, dass die Störung nicht von deren Basisstation kommen kann. Auf einen Blick werden also viele Fragen zum Problemfall „Signal unter Signal“ geklärt. Bild 10: Betriebsart Spectrogram. Ausschnitt aus dem 1800-MHz- Mobilfunkband. Links zwei BCCHs (Broadcast Control Channels) des GSM Downlink, rechts der Resource Block eines LTE Downlink. Kleine Unregelmäßigkeiten (Pfeil) lassen einen unterlagerten Störer vermuten. Das ist möglich, weil das High- Resolution Spectrogram eine mehr als 10.000fach höhere Auflösung hat als das herkömmliche Spektrogramm: 1,6 µs gegenüber ca. 20 ms. Das hier dargestellte Zeitfenster des High- Resolution Spectrograms von 12,5 ms Länge mit seinen 7805 Spektren würde im herkömmlichen Spektrogramm gerade zu einer einzigen Linie zusammengefasst. Kein Wunder also, dass man dort nichts Vergleichbares sehen kann. Technischer Hintergrund: IDA 2 als Empfänger und Analysator Der IDA2 von Narda ist ein äußerst vielseitiges Gerät zur Darstellung und Untersuchung von Spektren.Wie ein normaler Spektrumanalysator stellt er das Spektrum zunächst in der üblichen Form dar. Dabei sind Frequenzbereich (Fspan) und Auflösungsbandbreite (RBW) wählbar. Für die Selektion verwendet der IDA 2 Gauß-Filter, die ein günstiges Einschwingverhalten zeigen. Aktiviert man nun einen der Demodulatoren, so kann man mit dem Marker eine der angezeigten Spektrallinien anfahren. Auf dieser Frequenz demoduliert der IDA 2 das Signal mit separat einstellbaren, steilflankigen Kanalfiltern – wie ein Receiver mit komfortabler Spektraldarstellung. Receiver oder Spectrum Analyzer? Der IDA 2 ist also beides. Im Empfängerbetrieb bietet der IDA 2 mit maximal 32 MHz eine für netzunabhängige Geräte ungewöhnlich große Kanalbandbreite (CBW). Für die Spektrumanalyse stellt er Auflösungen (RBW) von 10 Hz bis 20 MHz zur Verfügung – also auch hier deutlich mehr als die meisten Handgeräte. Damit ist er gut gerüstet für die Anforderungen heutiger Kommunikationssysteme einschließlich LTE mit 20 MHz KanaIbandbreite. Bild 9: Der IDA 2 kann als Empfänger und als Spektrumanalysator arbeiten. Analysen im Frequenzbereich In der Betriebsart Spectrum Analysis nimmt der IDA 2 Daten auf und analysiert sie anschließend per FFT. Beispiel: Um ein 1 MHz breites Spektrum mit 1 kHz auf- hf-praxis 8/2015 23
